CN113462434A - 一种带飞灰再气化的气化方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料气化技术领域，具体地，涉及一种带飞灰再气化的气化方法和系统。该带飞灰再气化的气化方法，包括：将燃料与主气化剂通入循环流化床气化炉进行气化反应，生成温度在第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物；将温度在第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物进行分离，得到温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰、以及温度在第一温度范围内的煤气和第二粒径飞灰的混合物；将温度在第一温度范围内的煤气和第二粒径飞灰的混合物通入主冷却除尘系统进行冷却、分离，得到温度在第二温度范围内的煤气和温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰；将温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰、温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰通入飞灰活化器。

Description

一种带飞灰再气化的气化方法和系统

技术领域

本发明涉及燃料气化技术领域，具体地，涉及一种带飞灰再气化的气化方法和系统。

背景技术

流化床气化技术包括鼓泡流化床气化技术和循环流化床气化技术。流化床气化技术的操作温度温和(例如，一般在850～1100℃)，采用宽筛分的碎煤为原料(例如粒径一般在0～10mm)。与气流床气化技术相比，流化床气化技术具有备煤成本低、原料适应性广、污染物排放少、设备投资少、运行和维护成本低等优势，经济效益显著。但流化床气化炉生成的煤气会夹带大量细颗粒含碳飞灰(一般将携带有飞灰的煤气称为含尘煤气)逃逸出系统，导致系统碳转化率低、冷煤气效率低。流化床气化粗煤气中飞灰含碳量一般在30～80％。气化飞灰属于一般固体废弃物，如果不能合理处置还会带来环境污染。因此，流化床煤气化技术亟需解决气化飞灰产生量大和处置困难的瓶颈问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明提供了一种带飞灰再气化的气化方法和系统，以至少部分解决上述技术问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种带飞灰再气化的气化方法，包括：

将燃料与主气化剂通入循环流化床气化炉进行气化反应，生成温度在第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物；

将温度在第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物进行分离，得到温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰、以及温度在第一温度范围内的煤气和第二粒径飞灰的混合物；

将温度在第一温度范围内的煤气和第二粒径飞灰的混合物通入主冷却除尘系统进行冷却、分离，得到温度在第二温度范围内的煤气和温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰；

将温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰、温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰通入飞灰活化器，以便在飞灰活化器中，利用温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰直接对温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰进行活化。

根据本发明的实施例，上述方法还包括：

将温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰与辅气化剂通入飞灰气化炉进行气化反应，生成飞灰气化煤气和残渣的混合物。

根据本发明的实施例，上述方法还包括：在生成飞灰气化煤气和残渣的混合物后：

将飞灰气化煤气和残渣的混合物、与温度在第一温度范围内的煤气和第二粒径飞灰的混合物一并通入主冷却除尘系统。

根据本发明的实施例，上述方法还包括：

将温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰与辅气化剂通入飞灰气化炉进行气化反应的同时，将温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰也通入飞灰气化炉进行气化反应。

根据本发明的实施例，上述方法还包括，在生成飞灰气化煤气和残渣的混合物后：

将飞灰气化煤气和残渣的混合物通入辅冷却除尘系统进行分离、冷却，得到飞灰气化煤气和残渣。

根据本发明的实施例，上述方法还包括：

将温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰、温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰通入飞灰活化器时，将高温气体也通入飞灰活化器，以便在飞灰活化器中，利用高温气体对温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰和温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰进行辅助活化。

根据本发明的实施例：

将燃料与主气化剂通入循环流化床气化炉进行气化反应，生成温度在第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物包括：

将燃料与主气化剂通入循环流化床气化炉进行气化反应，生成初级产物；

将初级产物通入一级气固分离装置，生成温度在第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物；

上述方法还包括：

生成温度在第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物时，还生成含碳颗粒；

将含碳颗粒通过返料器返回至循环流化床气化炉。

本发明还提供了一种带飞灰再气化的气化系统，包括：

循环流化床煤气化炉，用于燃料与主气化剂在循环流化床气化炉进行气化反应，生成初级产物；

气固分离系统，包括一级气固分离装置、二级气固分离装置；其中一级气固分离装置与循环流化床煤气化炉连通，用于将初级产物经过分离后生成温度在第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物、以及含碳颗粒；其中二级气固分离装置用于将温度在第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物进行分离，得到温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰、以及温度在第一温度范围内的煤气和第二粒径飞灰的混合物；

主除尘冷却系统，与二级气固分离装置连通，用于将温度在第一温度范围内的煤气和第二粒径飞灰的混合物进行冷却、分离后，得到温度在第二温度范围内的煤气和温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰；

飞灰活化器，与二级气固分离装置和主除尘冷却系统连通，用于温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰、以及温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰在飞灰活化器中，利用温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰直接对温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰进行活化。

根据本发明的实施例，上述系统还包括：

飞灰气化炉，用于温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰与辅气化剂在飞灰气化炉进行气化反应，生成飞灰气化煤气和残渣混合物。

根据本发明的实施例，其中：

飞灰活化器还用于温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰、高温气体、以及温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰在飞灰活化器中，利用高温气体对温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰和温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰进行辅助活化。

(三)有益效果

本发明实施例提供的带飞灰再气化的气化方法和系统，实现了飞灰的直接处置，简化了传统工艺需要将飞灰冷却、输送、储存等流程，减少了设备投资。

从高温含尘煤气中分离下来的粗颗粒飞灰的粒径略大，但颗粒比表面积大、孔结构丰富，反应活性高；通入二级气固分离装置未能分离下来的细颗粒飞灰随煤气经冷却、除尘后得到的细颗粒飞灰，虽然粒径小，但孔隙结构不发达、比表面积低，反应活性低于粗颗粒飞灰，不利于飞灰再气化反应的进行。相关技术中，并未注意到两者在物理特性和化学反应特性方面的区别并加以利用。

本发明实施例提供的带飞灰再气化的气化方法和系统，考虑了高温飞灰对低温飞灰物理特性和化学反应特性方面的区别，通过高温、高活性飞灰对低温、低活性飞灰的活化，通过将较高温度的较粗粒径的飞灰和较低温度的较细粒径的飞灰的逐级分离，保留了高温粗颗粒飞灰的优异特性，同时为低温细颗粒飞灰的活化提供了前提，从而实现了低温飞灰的改性和提质，增强了反应活性，促进了飞灰中碳的转化。本实施例提供的方法解决循环流化床煤气化技术存在的飞灰量大、含碳量高、系统碳转化率低的瓶颈，同时简化了工艺，降低了生产成本，通过飞灰气化炉实现飞灰再气化，实现飞灰的资源化处置并制备出高品质煤气，进一步可简化飞灰处理工艺流程，实现高温、高活性飞灰对低温、低活性飞灰的活化，进而通过飞灰气化炉实现飞灰再气化，从根本上解决传统循环流化床煤气化技术存在的因飞灰量大、含碳量高而导致的碳转化率低、冷煤气效率低的瓶颈问题，实现飞灰的资源化处置并制备出高品质煤气，提高循环流化床煤气化技术的市场适应性。实现了飞灰的减量化，提高了系统的碳转化率和冷煤气效率。

附图说明

图1是本根据发明一实施例所提供的带飞灰再气化的气化方法的系统流程图。

图2是本根据发明另一实施例所提供的带飞灰再气化的气化方法的系统流程图。

图3是本根据发明一实施例所提供的带飞灰再气化的气化系统的系统结构图。

图4是本根据发明另一实施例所提供的带飞灰再气化的气化系统的系统结构图。

附图标记说明：

10 循环流化床气化炉

11 一级气固分离装置

12 返料器

13 二级气固分离装置

14 主煤气冷却器

15 主除尘器

16 飞灰活化器

20 飞灰气化炉

21 辅煤气冷却器

22 辅除尘器

A 原料煤

B 主气化剂

C 底渣

D 高温飞灰

D1 高温粗颗粒飞灰(第一温度范围内的第一粒径飞灰)

D2 高温细颗粒飞灰(第一温度范围内的第二粒径飞灰)

D3 低温细颗粒飞灰(第二温度范围内的第二粒径飞灰)

D4 低温细颗粒飞灰和残渣

Dm 混合飞灰

E 辅气化剂

F 低温清洁煤气

F1 高温煤气

F2 低温煤气

G 飞灰气化煤气

H 残渣

I 高温气体

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

因循环流化床气化温度温和，飞灰的石墨化程度低，大量实验研究表明，循环流化床气化飞灰的反应活性高于原煤热解焦，具有反应动力学优势。再者，飞灰颗粒小、孔隙发达、比表面积大，有利于气化反应的进行。此外，经循环流化床气化过程后，所得飞灰的硫、氮含量较原煤显著降低，是相对原煤更清洁的气化原料。目前，通常将气化飞灰冷却后燃烧发电，虽然利用了飞灰中的碳资源，但浪费了高温飞灰携带的热能，并且忽视了飞灰可作为气化原料的高活性特征。

在实现本发明的过程中发现，从高温含尘煤气中分离下来的粗颗粒飞灰的粒径略大，但颗粒比表面积大、孔结构丰富，反应活性高；通入二级气固分离装置未能分离下来的细颗粒飞灰随煤气经冷却、除尘后得到的细颗粒飞灰，虽然粒径小，但孔隙结构不发达、比表面积低，反应活性低于粗颗粒飞灰，不利于飞灰再气化反应的进行。传统的飞灰利用工艺将高温飞灰经冷却后与低温飞灰一同燃烧或气化处理，并未注意到两者在物理特性和化学反应特性方面的区别并加以利用。如果能实现高温、高活性飞灰对低温、低活性飞灰的协同活化，进而加以气化利用，必将促进碳的转化、提升系统能源利用效率。

基于上述构思，本发明的目的在于至少部分地克服现有技术的缺陷，提供一种带飞灰再气化的循环流化床煤气化系统及方法，通过高温、高活性飞灰对低温、低活性飞灰的活化，进而通过飞灰气化炉实现飞灰再气化，实现飞灰的资源化处置并制备出高品质煤气，进一步可简化飞灰处理工艺流程，实现高温、高活性飞灰对低温、低活性飞灰的活化，进而通过飞灰气化炉实现飞灰再气化，从根本上解决传统循环流化床煤气化技术存在的因飞灰量大、含碳量高而导致的碳转化率低、冷煤气效率低的瓶颈问题，实现飞灰的资源化处置并制备出高品质煤气，提高循环流化床煤气化技术的市场适应性。

实施例一：

本发明提供了一种带飞灰再气化的气化方法，图1是根据本发明一实施例所提供的带飞灰再气化的气化方法的系统流程图，如图1所示，该方法具体包括：

(1)将燃料与主气化剂通入循环流化床气化炉进行气化反应，生成初级产物；循环流化床煤气化炉的反应温度在850℃和1200℃之间，具体地，在气化炉运行过程中，控制炉膛底部最高温度比燃料灰在弱还原性气氛状态下的软化温度低50～150℃，避免炉膛底部超温结渣。其中燃料灰指燃料完全燃烧、气化后余下的残渣。

上述燃料为能被循环流化床气化炉利用的所有固体燃料，燃料适应性广，包括煤、生物质、半焦、城市垃圾、石油焦等一种或多种固体燃料；燃料粒径要求小于10mm，燃料制备工序简单，投资及运行成本低。

主气化剂为纯氧、富氧空气、空气、水蒸气或二氧化碳中的一种或多种气体的混合气。通过调节主气化剂的气量、氧气浓度、蒸汽量、燃料量等，可调节煤气成分及热值，以满足不同下游用户的用气需求。

辅气化剂为纯氧、富氧空气、空气、水蒸气或二氧化碳中的一种或多种气体的混合气。通过调节辅气化剂的气量、氧气浓度等，可调节煤气成分及热值，从而可提供不同品质的煤气。

(2)将初级产物通入一级气固分离装置，生成温度在第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物和含碳颗粒，并将含碳颗粒通过返料器返回至循环流化床气化炉；第一温度范围指较高温度范围，例如可以为大约900℃左右。

(3)将温度在第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物通入二级气固分离装置进行分离，得到温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰；还得到温度在第一温度范围内的煤气和第二粒径飞灰的混合物；其中，第一温度范围内的第一粒径飞灰指较高温度的较大粒径的飞灰，为900℃左右的高温粗颗粒飞灰，第二粒径飞灰指较小粒径的飞灰。

(4)将温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰与辅气化剂通入飞灰气化炉进行气化反应，生成飞灰气化煤气和残渣的混合物。其中，飞灰气化炉的反应温度在900℃和1600℃之间。

(5)在将温度在第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物进行分离后，将温度在第一温度范围内的煤气和第二粒径飞灰的混合物通入主冷却除尘系统进行冷却、分离，得到温度在第二温度范围内的煤气和温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰。其中，温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰指较低温度的较小粒径的飞灰，为200℃左右的低温细颗粒飞灰。

(6)将温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰与辅气化剂通入飞灰气化炉进行气化反应的同时，将温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰也通入飞灰气化炉进行气化反应；并且将温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰、辅气化剂、温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰通入飞灰气化炉进行气化反应前，将温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰、温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰通入飞灰活化器，以便在飞灰活化器中，利用温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰直接对温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰进行活化，得到混合飞灰。

(7)将混合飞灰与辅气化剂通入飞灰气化炉进行气化反应，生成飞灰气化煤气和残渣的混合物。具体地，通入飞灰气化炉的混合飞灰的温度在450～700℃，其中的较低温度的低温低活性细颗粒飞灰已经过了高温高活性粗颗粒飞灰的活化，使得混合飞灰为优质、均质的燃料。优选地，提高飞灰气化炉的反应温度，有利于提高混合飞灰中碳的反应速率、缩短反应时间，从而促进碳的转化，并提高系统碳的转化率、冷煤气效率和煤气热值。

根据本发明的实施例，上述方法还包括：

(8)在生成飞灰气化煤气和残渣的混合物后：将飞灰气化煤气和残渣的混合物通入辅冷却除尘系统进行分离、冷却，得到飞灰气化煤气和残渣。

实施例二：

图2是本根据发明另一实施例所提供的带飞灰再气化的气化方法的系统流程图，如图2所示，该方法大体与图1所示的方法相同，不同之处在于：

将温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰、辅气化剂、温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰通入飞灰气化炉进行气化反应前，在飞灰活化器中进行活化反应的同时通入高温气体，即将温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰、温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰、以及高温气体通入飞灰活化器，以便在飞灰活化器中，利用高温气体对温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰和温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰进行辅助活化。

根据本发明的实施例，优选地，通入高温气体辅助高温粗颗粒飞灰(第一温度范围内的第一粒径飞灰)对低温细颗粒飞灰(第二温度范围内的第二粒径飞灰)进行活化。高温气体的温度须大于混合飞灰的温度，在500～1300℃。高温气体可以为水蒸气或二氧化碳，或两种气体的混合气。优选地，高温气体为水蒸气，水蒸气的分子小，在对高温粗颗粒飞灰和低温细颗粒飞灰进行活化的过程中，更容易进入两种飞灰颗粒的内部孔径，实现扩孔、开孔，使得活化更加充分，从而促进混合飞灰的再气化反应。

根据本发明的实施例，飞灰具有良好的流动特性，可以实现良好的混合，并实现高温粗颗粒飞灰(第一温度范围内的第一粒径飞灰)对低温细颗粒飞灰(第二温度范围内的第二粒径飞灰)的活化。向飞灰活化器通入高温气体的有益效果有三点，首先，通入气体可以强化颗粒的扰动和混合，更有益于实现粗颗粒飞灰对低温细颗粒飞灰的活化；其次，高温气体携带一定的热量进入飞灰活化器，可以适当提高进入飞灰气化炉的温度，有益于飞灰再气化反应的进行；再其次，气体分子小，可以进入到飞灰颗粒内部，实现扩孔、开孔，使得活化更加充分，从而促进混合飞灰的再气化反应。

根据本发明的实施例，上述实施例一、二的方法中，通过将较高温度的较粗粒径的飞灰和较低温度的较细粒径的飞灰的逐级分离，保留了高温粗颗粒飞灰的优异特性，同时为低温细颗粒飞灰的活化提供了前提，从而实现了低温飞灰的改性和提质，增强了反应活性，促进了飞灰中碳的转化。本实施例提供的方法解决循环流化床煤气化技术存在的飞灰量大、含碳量高、系统碳转化率低的瓶颈，同时简化了工艺，降低了生产成本，同时可以制备出不同品质的煤气。

实施例三：

本发明的带飞灰再气化的气化方法具体包括：

(1)将燃料与主气化剂通入循环流化床气化炉进行气化反应，生成初级产物；

(2)将初级产物通入一级气固分离装置，生成温度在第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物和含碳颗粒，并将含碳颗粒通过返料器返回至循环流化床气化炉；

(3)将温度在第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物通入二级气固分离装置进行分离，得到温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰；还得到温度在第一温度范围内的煤气和第二粒径飞灰的混合物；

(4)仅将温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰与辅气化剂通入飞灰气化炉进行气化反应，生成飞灰气化煤气和残渣的混合物。

其中上述步骤(1)至(4)的详细操作方法，可参见上述第一实施例中对步骤(1)至(4)的描述。

(5)将飞灰气化煤气和残渣的混合物、与温度在第一温度范围内的煤气和第二粒径飞灰的混合物一并通入主冷却除尘系统，进行冷却、除尘后得到较低温度的煤气、以及温度较低的第二粒径飞灰和残渣。

根据本发明的实施例，将飞灰气化炉产生的飞灰气化煤气和残渣通入到二级气固分离装置后的管路，与高温煤气和细颗粒飞灰一同进入主冷却除尘系统，从而共用煤气冷却系统和除尘器，简化了流程，减少了设备投资。

实施例四

本发明的实施例还提供了一种带飞灰再气化的气化系统，该系统包括：循环流化床煤气化炉、气固分离系统、飞灰气化炉、主除尘冷却系统、飞灰活化器、辅除尘冷却系统、供气系统和灰渣排出系统。

其中，循环流化床煤气化炉，用于燃料与主气化剂在循环流化床气化炉进行气化氧化还原反应，生成初级产物；循环流化床煤气化炉包括煤气化炉炉膛，在循环流化床煤气化炉外还设有气固分离装置和返料器。

气固分离系统，包括一级气固分离装置、二级气固分离装置；其中一级气固分离装置与循环流化床煤气化炉连通，用于将初级产物经过分离后生成温度在第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物、以及含碳颗粒，含碳颗粒通过返料器返回炉膛。其中二级气固分离装置用于将温度在第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物进行分离，得到温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰、以及温度在第一温度范围内的煤气和第二粒径飞灰的混合物。其中，第一温度范围内的第一粒径飞灰指较高温度的较大粒径的飞灰，大约900℃左右的高温粗颗粒飞灰。

二级气固分离装置用于将逃逸出循环流化床气化炉的约900℃的高温粗颗粒飞灰从高温煤气中分离下来，飞灰量约占总飞灰量的40～70％，显著减少了进入煤气冷却系统的飞灰量，减少了设备磨损及积灰等问题，降低了主除尘器分离全系统飞灰的工作负担，减少了设备投资和运行成本。其中，二级气固分离装置，可以为一级、两级或更多级的分离装置。采用二级气固分离装置将高温煤气中的部分飞灰分离下来，至少部分的将其中的粗颗粒飞灰分离下来，保留了粗颗粒飞灰的良好性能，避免了冷却过程对飞灰理化特性的影响。此外，粗颗粒飞灰的温度高，携带一定的热量，为细颗粒低温飞灰的活化提供了热量。

飞灰气化炉，用于温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰与辅气化剂在飞灰气化炉进行气化反应，生成飞灰气化煤气和残渣混合物。飞灰气化炉以循环流化床气化炉产生的全部飞灰为原料进行进一步反应，解决了传统的循环流化床煤气化技术存在的飞灰量大、含碳量高，系统冷煤气效率和碳转化率低的技术难题。飞灰气化炉将循环流化床煤气化系统产生的全部飞灰进行氧化还原处理，生成飞灰气化煤气和残渣。

飞灰活化器，与二级气固分离装置和主除尘冷却系统连通，用于温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰、以及温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰在飞灰活化器中，利用温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰直接对温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰进行活化；或者用于温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰、高温气体、以及温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰在飞灰活化器中，利用高温气体对温度在第一温度范围内的第一粒径飞灰和温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰进行辅助活化。

飞灰活化器用于将二级气固分离装置分离下来的约900℃粗颗粒飞灰和除尘器分离下来的约200℃细颗粒飞灰进行混合、活化，一方面实现高温高活性粗颗粒飞灰对低温低活性飞灰的改性和提质，促进碳的转化；另一方面实现低温飞灰的预热，获得均质的混合飞灰、促进碳的转化。

可选地，采用高温粗颗粒飞灰(第一温度范围内的第一粒径飞灰)直接对低温细颗粒飞灰(第二温度范围内的第二粒径飞灰)进行活化，利用高温粗颗粒飞灰携带的热量在与低温细颗粒飞灰进行混合、预热的过程中，实现对细颗粒飞灰的活化。优选地，通入高温气体对高温粗颗粒飞灰和低温细颗粒飞灰进行活化，借助高温气体的携带及扰动作用，促进高温粗颗粒飞灰和低温细颗粒飞灰的混合及活化。

飞灰气化炉包括飞灰气化炉膛、飞灰进料口、辅气化剂入口、再气化后粗煤气出口。二级气固分离装置捕集的高温、粗颗粒飞灰和主除尘器捕集的低温、细颗粒飞灰分别通入到飞灰活化器进行活化，二级气固分离装置和主除尘器分别与飞灰活化系统连通，飞灰活化系统与飞灰气化炉连通，从而为飞灰气化炉提供气化燃料。

主除尘冷却系统，与二级气固分离装置连通，用于将温度在第一温度范围内的煤气和第二粒径飞灰的混合物进行冷却、分离后，得到温度在第二温度范围内的煤气和温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰。其中，温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰指较低温度的较小粒径的飞灰，大约200℃左右的低温细颗粒飞灰。主除尘冷却系统包括主煤气冷却器和主除尘器，主除尘器用于将二级气固分离装置未能分离下来的细颗粒飞灰从冷却后的低温煤气中分离出来，得到约200℃低温细颗粒飞灰。主煤气冷却器包括气化剂预热器、余热锅炉、蒸汽过热器中的一种或几种的组合，用于将循环流化床气化炉产生的高温煤气中的热量回收利用，并对煤气协同降温。通过二级气固分离装置和主除尘器，将循环流化床煤气化炉产生的飞灰全部收集下来，一方面为飞灰气化炉提供了燃料，另一方面为高温、高活性飞灰对低温、低活性飞灰的活性提供了前提。

辅除尘冷却系统，与飞灰气化炉连通，用于飞灰气化煤气和残渣的混合物在该辅冷却除尘系统进行分离、冷却，得到飞灰气化煤气和残渣。辅除尘冷却系统，包括辅煤气冷却器和辅除尘器，辅除尘器用于将飞灰气化炉产生的飞灰气化煤气和残渣进行分离，分别得到清洁的飞灰气化煤气和残渣。辅煤气冷却器包括气化剂预热器、余热锅炉、蒸汽过热器中的一种或几种的组合，用于将飞灰再气化后产生的飞灰气化煤气和残渣中的热量回收利用，并对飞灰气化煤气协同降温。

灰渣排出系统包括底渣排出和飞灰再气化后残渣排出两部分。其中，底渣从循环流化床煤气化炉底部排出，飞灰再气化后残渣从辅除尘器排出。

根据本发明的额实施例，飞灰气化炉以二级气固分离装置分离下来的高温粗颗粒飞灰(第一温度范围内的第一粒径飞灰)为原料，至少部分地解决了循环流化床煤气化技术存在的飞灰量大、含碳量高的问题，有利于促进碳的转化，提高系统的冷煤气效率和碳转化率。

图3是本根据发明实施例所提供的带飞灰再气化的气化系统的系统结构图。以下结合图3对该系统进行说明。如图3所示，该系统包括：循环流化床煤气化炉10、一级气固分离装置11、二级气固分离装置13、飞灰气化炉20、主煤气冷却器14、主除尘器15、飞灰活化器16、辅煤气冷却器21、辅除尘器22、返料器12。

其中一级气固分离装置11与循环流化床煤气化炉10连通，返料器12的入口和出口分别与一级气固分离装置11、循环流化床煤气化炉10连通，组成闭合回路。

循环流化床煤气化炉10，包括燃料A入口、主气化剂B入口、返料口、底渣C出口、粗煤气出口。一级气固分离装置11用于将粗煤气中的部分含碳颗粒捕集下来，经由返料器12返回到循环流化床煤气化炉10继续参与气化反应，从而实现碳的回送及进一步气化利用。

二级气固分离装置13用于将高温煤气F1和高温飞灰D的混合物进行分离，将高温粗颗粒飞灰(第一温度范围内的第一粒径飞灰)D1捕集下来。主除尘器15用于将冷却后的低温煤气F2和低温细颗粒飞灰(第二温度范围内的第二粒径飞灰)D3进行分离。

飞灰活化器16，用于将二级气固分离装置13分离下来的高温粗颗粒飞灰D1对主除尘器15分离下来的低温细颗粒飞灰D3进行活化，得到混合飞灰Dm。飞灰活化器16分别与二级气固分离装置13、主除尘器15和飞灰气化炉20连通。飞灰活化器16利用高温粗颗粒飞灰D1携带的热量对低温细颗粒飞灰D3进行活化，为活化提供空间并保证停留时间，既能保证高温粗颗粒飞灰D1和低温细颗粒飞灰D3的充分混合，又能为飞灰气化炉20提供可靠、均质、活化的燃料。

飞灰气化炉20用于将循环流化床煤气化系统产生的全部飞灰进行氧化还原处理并产生含尘煤气。飞灰气化炉20包括混合飞灰进料口、辅气化剂E入口、飞灰气化粗煤气G和残渣H出口。

在上述图3所示的带飞灰再气化的气化系统的基础上，进行带飞灰再气化的气化方法为：

a)将燃料A与主气化剂B通入循环流化床煤气化炉10进行气化反应，生成高温煤气F1和高温飞灰D，底渣C从循环流化床煤气化炉10底部排出，高温煤气F1和高温飞灰D从炉膛顶部排出；

b)将高温煤气F1和高温飞灰D在二级气固分离装置13内进行气固分离，得到高温粗颗粒飞灰D1，以及高温煤气F1和高温细颗粒飞灰D2；

c)将高温煤气F1和高温细颗粒飞灰D2进行冷却、分离，得到低温清洁煤气F2和低温细颗粒飞灰D3；

d)将分离下来的高温粗颗粒飞灰D1对分离下来的低温细颗粒飞灰D3在活化器16内进行活化，得到混合飞灰Dm；

e)将混合飞灰Dm与辅气化剂E通入飞灰气化炉20进行气化反应，生成飞灰气化煤气G和残渣H。

f)将飞灰气化煤气G和残渣H进行冷却、分离，分别得到飞灰气化煤气G和残渣H。

实施例五

图4是本根据发明另一实施例所提供的带飞灰再气化的气化系统的系统结构图。

如图4所示，该系统与图3所示系统区别在于，飞灰气化炉20仅以二级气固分离器13分离下来的高温粗颗粒飞灰D1为原料，直接利用高温粗颗粒飞灰D1的高反应活性进行再气化反应，至少部分地解决了循环流化床煤气化技术存在的飞灰量大、含碳量高的问题，有利于促进碳的转化，提高系统的冷煤气效率和碳转化率。并且，其优选为：将飞灰气化炉20产生的飞灰气化煤气G和残渣H通入到二级气固分离器13后的管路，与高温煤气F1和细颗粒飞灰D2一同进入主煤气冷却系统14，进而进入主除尘器15，从而共用煤气冷却系统和除尘器，简化了流程，减少了设备投资。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带飞灰再气化的气化方法，包括：

将燃料与主气化剂通入循环流化床气化炉进行气化反应，生成温度在第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物；

将所述温度在所述第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物进行分离，得到温度在所述第一温度范围内的第一粒径飞灰、以及温度在所述第一温度范围内的煤气和第二粒径飞灰的混合物；

将所述温度在所述第一温度范围内的煤气和第二粒径飞灰的混合物通入主冷却除尘系统进行冷却、分离，得到温度在第二温度范围内的煤气和温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰；

将所述温度在所述第一温度范围内的第一粒径飞灰、所述温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰通入飞灰活化器，以便在所述飞灰活化器中，利用所述温度在所述第一温度范围内的第一粒径飞灰直接对所述温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰进行活化。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

将所述温度在所述第一温度范围内的第一粒径飞灰与辅气化剂通入飞灰气化炉进行气化反应，生成飞灰气化煤气和残渣的混合物。

3.如权利要求2所述的方法，还包括：在生成所述飞灰气化煤气和残渣的混合物后：

将所述飞灰气化煤气和残渣的混合物、与所述温度在所述第一温度范围内的煤气和第二粒径飞灰的混合物一并通入所述主冷却除尘系统。

4.如权利要求2所述的方法，还包括：

将所述温度在所述第一温度范围内的第一粒径飞灰与所述辅气化剂通入所述飞灰气化炉进行气化反应的同时，将所述温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰也通入所述飞灰气化炉进行气化反应。

5.如权利要求4所述的方法，还包括，在生成所述飞灰气化煤气和残渣的混合物后：

将所述飞灰气化煤气和残渣的混合物通入辅冷却除尘系统进行分离、冷却，得到飞灰气化煤气和残渣。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：

将所述温度在所述第一温度范围内的第一粒径飞灰、所述温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰通入飞灰活化器时，将高温气体也通入飞灰活化器，以便在所述飞灰活化器中，利用所述高温气体对所述温度在所述第一温度范围内的第一粒径飞灰和所述温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰进行辅助活化。

7.如权利要求1所述的方法：

所述将燃料与主气化剂通入循环流化床气化炉进行气化反应，生成温度在第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物包括：

将燃料与主气化剂通入循环流化床气化炉进行气化反应，生成初级产物；

将所述初级产物通入一级气固分离装置，生成温度在所述第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物；

上述方法还包括：

生成温度在所述第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物时，还生成含碳颗粒；

将所述含碳颗粒通过返料器返回至所述循环流化床气化炉。

8.一种带飞灰再气化的气化系统，包括：

循环流化床煤气化炉，用于燃料与主气化剂在所述循环流化床气化炉进行气化反应，生成初级产物；

气固分离系统，包括一级气固分离装置、二级气固分离装置；其中所述一级气固分离装置与所述循环流化床煤气化炉连通，用于将所述初级产物经过分离后生成温度在第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物、以及含碳颗粒；其中所述二级气固分离装置用于将所述温度在所述第一温度范围内的煤气和飞灰的混合物进行分离，得到温度在所述第一温度范围内的第一粒径飞灰、以及温度在所述第一温度范围内的煤气和第二粒径飞灰的混合物；

主除尘冷却系统，与所述二级气固分离装置连通，用于将所述温度在所述第一温度范围内的煤气和第二粒径飞灰的混合物进行冷却、分离后，得到温度在第二温度范围内的煤气和温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰；

飞灰活化器，与所述二级气固分离装置和所述主除尘冷却系统连通，用于所述温度在所述第一温度范围内的第一粒径飞灰、以及所述温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰在所述飞灰活化器中，利用所述温度在所述第一温度范围内的第一粒径飞灰直接对所述温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰进行活化。

9.如权利要求8所述的带飞灰再气化的气化系统，还包括：

飞灰气化炉，用于所述温度在所述第一温度范围内的第一粒径飞灰与辅气化剂在所述飞灰气化炉进行气化反应，生成飞灰气化煤气和残渣混合物。

10.如权利要求8所述的带飞灰再气化的气化系统，其中：

所述飞灰活化器还用于所述温度在所述第一温度范围内的第一粒径飞灰、高温气体、以及所述温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰在所述飞灰活化器中，利用所述高温气体对所述温度在所述第一温度范围内的第一粒径飞灰和所述温度在第二温度范围内的第二粒径飞灰进行辅助活化。

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